JPS6160731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、蒸気タービン、ガスタービン等に用
いられる耐熱鋼又は耐熱合金を熱間で塑性加工す
る方法に係り、とくに加工時の酸化を防止する方
法に関する。 蒸気タービンは、火力プラントや原子力発電プ
ラントで使用されているが、そのタービン翼材料
は次に示すような性質を具備すべきものとされて
いる。 まず動翼は、運転中に大きな遠心応力、蒸気推
力による曲げ応力及び振動応力を受ける。このた
め優れたクリープ破断強さなどの高温強度が、又
比較的低い温度雰囲気で使用される場合には高い
常温降伏強さと靭性が要求され、更に高い疲労強
度、小さい切欠き感受性、良好な耐エロージヨン
性、鍛造性、及び溶接性なども求められている。 一方静翼は、遠心力を受けないかぎり高い曲げ
応力を受ける。このため良好な高温強度が要求さ
れ、又溶接性が必要である。このようなことから
動翼及び静翼に対しその使用温度により第１表の
ような材料が適用されている。

【表】 しかしてこれらの材料を使用して翼を製造する
場合、通常表材を加熱して鍛造を繰返し、次第に
翼型としている。すなわち材質によつて異なるが
翼素材を加熱炉中で900〜1200℃に加熱した後炉
外に取出し翼金型に当てて鍛造する。この場合一
回の型鍛造では目的が達せられないため、再び加
熱炉中で加熱して鍛造を行い、このような操作を
数回繰返して最終の翼型とする。 しかしこの鍛造方法は次のような欠点がある。 素材の加熱を繰返すため、燃料を多く消費し、
製造コストがかかる。また加熱後の素材表面には
酸化スケールが生成するため型鍛造時に酸化スケ
ールが素材中にめり込む。また加熱した素材に金
型を当てて鍛造すると素材は金型に沿うように変
形していくが、素材表面に酸化スケールが生成し
ていると、これが変形時の摩擦抵抗となり、鍛造
効率が低下する。従つて加熱−鍛造のプロセスを
繰返さざるを得なくなり、コストがかかる。この
ため再加熱前に予めシヨツトブラスト、酸洗など
により酸化スケールを除去することも考えられる
が、この場合も加熱時に再び生成するので、同様
の問題が生じる。とくにタービン翼材として用い
られる特殊鋼では、その表面に生成する酸化スケ
ールがクロム、アルミニウムなどの酸化物を含
み、緻密で表材との密着性がよいものであるの
で、その除去が困難である。 このようなことから加熱する素材表面に予めガ
ラス粉を塗布しあるいは素材を溶融したガラス中
に浸漬し、もしくは素材表面に電気ニツケルメツ
キを施して鍛造時の酸化を防止するようにしてい
る。しかしガラスによる方法のみでは、その効果
が乏しい。また電気メツキ法では、加熱前の処理
は可能であるが、加熱−鍛造を繰返しているうち
に塑性変形量の大きいところではメツキ層の一部
が消失して酸化スケールが生成されやすい。この
ため電気メツキ法では、これを防ぐため電気メツ
キ厚さを大きくする必要があり、処理コストが高
くなる欠点がある。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、鍛造時の熱間塑性加工
時において、安価なコストで素材の酸化を防止
し、加工回数を低減できるとともに素材表面に密
着性のよい耐食性皮膜を形成することができる金
属材料の熱間塑性加工方法を得んとするものであ
る。 すなわち本発明は、予め金属材料素材の表面に
ニツケル又はニツケル合金をコーデイングした後
その上にガラスコーテイングをおこない、次いで
熱間塑性加工することを特徴とする方法である。 以下本発明方法を詳細に説明する。 まず本発明方法に適用される金属材料素材とし
ては耐熱鋼又は耐熱合金等熱間で塑性加工するも
ので、例えば蒸気タービン、ガスタービン、コン
プレツサ、ブロワ等の主要部品（動、静翼）及び
付属機器類に使用される熱間型鍛造品、圧延品、
押出品、引抜品などがあげられる。 本発明は、まずこの金属材料の表面を常法に従
つて浄化した後ニツケル又はニツケル合金をコー
テイングする。ニツケル合金としては、硼素含有
ニツケルが好適である。またコーテイング方法と
しては、最初にメツキし、後に溶射する方法又は
メツキ単独あるいは溶射単独でコーテイングする
方法などいずれでもよい。 このコーテイング後ガラスコーテイングをおこ
なう。ガラスコーテイング法としては、表面にガ
ラス粉を吹付けて加熱する方法、あるいは溶融し
たガラス中に浸漬する方法などによりおこなう。 次いで本発明では、このようにしてコーテイン
グを施した後、所定の熱間塑性加工例えば加熱及
び鍛造の繰返し処理をおこなう。この処理により
所定の加工物が得られる。 しかして本発明によれば、素材表面にニツケル
又はニツケル合金のコーテイング層とガラスコー
テイング層とを形成しているので、加熱した際素
材と空気との接触が断たれ、素材の酸化に伴うス
ケールの生成がない。すなわちニツケル又はニツ
ケル合金のコーテイング層だけでは、加熱時にあ
る程度の酸化スケールの生成は避けられないが、
最上層部にガラス層をコーテイングしているの
で、その酸化反応が抑制される。 とくに溶射法によつて得られるニツケル又はニ
ツケル合金のコーテイング層は、一般に多孔質で
あるため、この層だけで加熱した場合には、素材
の酸化が起るが、ガラスコーテイングを施すこと
によつて溶射層の空孔を埋め、これを防止するこ
とができる。したがつてニツケル又はニツケル合
金のコーテイングに作業性の優れた溶射法を十分
使用することができ、必要に応じて各種の成分組
成を有する合金のコーテイング層を形成すること
ができる。 更にまた加熱−鍛造時にニツケル又はニツケル
合金と素材との相互拡散作用が円滑に行なわれる
結果、密着性に優れた金属コーテイング層が得ら
れる。またガラスは溶融状となつているため、非
常に潤滑性がよく、鍛造時の衝撃力を効率よく素
材に伝え、高い加工率が得られる。また潤滑性が
優れているため、鍛造金型の損耗が少なく、長期
間にわたつて使用することができる。また溶融状
態のガラスは、鍛造加工による素材の変形にもよ
く追従して、常に素材表面をコーテイングしてい
るので、上述した効果を有効に持続できる。更に
またガラスは、加熱−鍛造を繰返す際適宜追加す
ることができるとともに鍛造終了後素材を冷却さ
せた際、加工面（素材面）から容易に除去するこ
とが可能である。 次に本発明の実施例につき説明する。 実施例 １ 金属素材として、直径60mm、長さ500mmの17％
Cr−４％Ni鋼を用い、この素材表面の酸化スケ
ール、さび、油などの異物を酸洗、アルカリ脱脂
および水洗などの通常の表面浄化方法によつて除
去した後、塩化ニツケル240ｇ／、塩酸120ｇ／
を含むメツキ液中にて２〜５分間メツキした後
さらに硫酸ニツケル240ｇ／、塩化ニツケル45
ｇ／、硼酸35ｇ／のメツキ液中にて通電し、
ニツケルメツキ厚が10μｍになるように処理し
た。なお前者のメツキは、通常ストライクメツキ
と呼ばれるもので、特殊鋼上にニツケルメツキを
施す際、特殊鋼との密着性と後者のニツケルメツ
キとの密着性を向上させるために実施するもので
ある。 次いでメツキ終了後の素材を軽くシヨツトブラ
ストした後純ニツケル又は4.5％硼素含有ニツケ
ルと溶射材としてこれをプラズマ溶射機によつて
150〜200μ溶射した。その後ガラス粉をその上に
吹付け、電気炉中で1200℃×30分加熱し、タービ
ン翼形状の金型上で鍛造した。鍛造素材が約900
℃に冷却されると再び電気炉中で1200℃に加熱
し、再び型鍛造を加える操作を繰返した。なお加
熱鍛造を繰返す都度ガラス粉末をコーテイングし
た。その結果を第２表に示す。 またこれと比較するために素材をシヨツトブラ
ストした後加熱−鍛造を繰返した従来方法の結果
を第２表に併記する。

【表】 上表から上記実施例によれば、素材の酸化スケ
ールの生成が防止されるため加熱−鍛造の回数が
少くなり、これに要する経費が軽減される。また
鍛造後の表面が平滑で翼上げ作業が容易である。
また鍛造後の表面にニツケルと素材との相互拡散
層を含むニツケルコーテイング層を生成している
ので耐食性が向上し、タービン翼としての仕上加
工中はもとより、組立、試運転などの期間中にも
さびるようなことはない。 とくに溶射材として硼素を含むニツケル合金を
用いた場合、この合金は加熱時に半溶融乃至溶融
状態となるので、素材の酸化防止作用及びニツケ
ル層と素材との相互拡散作用が大きく、上述した
効果が著しい。例えば純ニツケルの融点は1453℃
であるが、４％硼素で約1140℃、12％硼素で約
1100℃、13％硼素で約990℃である。 実施例 ２ 金属素材として直径60mm、長さ500mmの12％Cr
鋼を用い、この表面の酸化スケール、さび、油な
どの異物をワイヤブラシ、アルカリ液で除去した
後シヨツトブラストし、次いで1.5％硼素含有ニ
ツケル合金をプラズマ溶射機によつて約200μｍ
厚にコーテイングした。その後その上にガラス粉
を吹付け、電気炉中で1200℃×30分加熱し、ター
ビン翼形状の金型上で鍛造した。 この場合、実施例１における含硼素ニツケルを
溶射材とした場合と同様の結果が得られた。 実施例 ３ 金属素材として直径60mm、長さ500mmの17％Cr
−４％Ni鋼を用い、この表面の酸化スケール、
さび、油などの異物を酸洗、アルカリ脱脂および
水洗などの通常の表面浄化方法によつて除去した
後、実施例１と同じ方法で電気メツキして20μｍ
厚のコーテイング層を形成した。その後その上に
ガラス粉を吹付け電気炉中で1200℃×30分加熱
し、鍛造加工した。 この場合、実施例１と同様の優れた結果が得ら
れた。 以上説明した如く、本発明によれば、ニツケル
又はニツケル合金のコーテイング層と、ガラスコ
ーテイング層とを形成してから熱間塑性加工をお
こなうので、酸化スケールの生成を防止し、又加
工率を高めて加工コストを低減するとともに、密
着性の優れた金属コーテイング層を得ることがで
きるなど顕著な効果を奏する。 なお本発明は、タービン翼の製造に限定され
ず、圧延品、押出品、引抜品などにも十分適用で
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属材料の素材表面にニツケル又はニツケル
   合金をコーテイングした後その上にガラスコーテ
   イングをおこない、次いで熱間塑性加工すること
   を特徴とする金属材料の熱間塑性加工方法。